Ch05. 배열(array)

ho_c·2023년 4월 2일

CS 자바의 정석 3판

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들어가는 말

변수는 저장공간이고, 각 저장방식에 따라서 자료형이 존재했고, 변수 하나에는 정해진 크기 안에서 하나의 값만 저장할 수 있었다.

만약 같은 타입의 저장공간이 10개가 필요하다면?
이를 위해 변수 10개를 선언하면 되겠지만, 사용할 변수가 100개만 넘어가도 하나, 하나 값을 정하고, 반대로 수정하면 100개 중의 하나를 찾아야 한다.
곧 변수가 늘어날수록 코드의 가독성도, 유지 보수성도 떨어진다.
이 때문에 같은 타입의 변수를 여러 개를 묶어서 다른 하나의 변수에 연결해 쓰는 것이 바로 “배열”이다.
추가로 변숫값의 입력도 반복 작업이라 반복문이나 조건문을 통해 이 배열을 관리할 수 있다.

1. 배열

같은 타입의 여러 변수를 하나의 묶음으로 다루는 것
앞서 말했듯 ‘같은 타입’의 변수를 여러 번 선언하는 건 손해다. 다루기도 어렵고 그래서 배열을 통해서 ‘인덱스’와 ‘길이’로 데이터를 다룰 수 있다.
배열 안의 데이터들은 저장공간이 연속적으로 배치된다. 곧 순서가 존재한다.
애초에 배열은 포인터(메모리 주소를 저장하는 변수)로 구현이 된다. 따라서 배열을 저장하는 변수 자체는 c에서 말하는 포인터 변수이다.
다만 자바는 사용자가 임의의 주소를 다룰 수 없게 했기 때문에(‘참조 변수’로만 주소를 다룰 수 있음.) 포인터 변수를 사용할 수는 없다.

배열의 선언과 생성

배열 선언

타입의 변수를 선언하고 []를 붙인다.
[n]가 가리키는 값은 *(a+n)와 같은 의미이다.

// 타입[] 변수명
int[] score;

// 타입 변수명[]
int score[];

배열의 생성

선언된 건 배열의 주소를 저장할 공간이다. 실제 배열은 메모리 상에 생성되어야 한다.
따라서 new 연산자와 함께 배열의 타입과 길이를 지정해야한다.

int[] score;
score = new int[5]; // 길이가 5인 배열 생성

위 표에서 보듯, new에 의해 배열이 생성되면 int타입 데이터를 저장할 공간이 만들어진다.
저장공간은 int의 기본값 0으로 자동 초기화된다.
score는 배열의 주소를 저장하는 ‘참조변수’이며, 이 변수로 배열에 접근할 수 있다.

배열의 길이와 인덱스

인덱스(Index)

배열의 저장공간 자체는 ‘요소’라고 하며, 그 요소에 붙은 주소를 ‘인덱스’라고 한다.
인덱스는 ‘0’부터 시작한다. 따라서 범위는 '배열 길이-1'이다.
따라서 배열을 다룰 때, 인덱스는 해당 요소 공간에 접근하는 ‘포인터 변수의 역참조’이다.
즉, 선언된 변수 자체는 배열의 시작 주소를 저장한다.
그리고 변수는 증감이 가능한데, 자료형에 따라 같은 +1이라 할지라도 주소의 관점에선 자료형의 크기에 따라 다음 인덱스가 가리키는 값의 시작 주소로 넘어간다.
그 이유는 주소의 중간값을 저장해도 별 쓸모가 없기 때문이다. 고로 a[0]은 *(a+0)과 같은 연산이다.

int[] score = new int[50]; // 길이 : 50, 인덱스 : 0~49
score[48] = 49; // 49번째 요소에 49를 저장한다.

배열의 인덱스는 상수 외에도 변수, 수식으로도 구현이 가능하다.
그래서 for문의 변수 I를 주로 인덱스로 사용한다.

int[] score =  new int[10];

// 변수로 값 저장하기
for(int i=0; i<10; i++){
	score[i] = i * 2;
}
// score[] = {0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20};


// 수식으로 값 꺼내오기
System.out.print(“출력 : ”);
for(int i=0; i<5; i++){
	System.out.printf(“%d ”, score[i*2]);
}
// 출력 : 0 4 12 16

단, 수식이나 변수 사용 시엔 인덱스의 범위가 벗어난 값이 사용되면 안 된다.
넘어가면 실행 시 에러가 발생한다. ArrayIndexOutOfBoundsException (컴파일러에서 걸러지지 않음)
그래서 반복문의 시작도 0으로 시작해서, 배열의 길이보다 작게 끝낸다.

길이(Length)

배열 생성시, []안에 들어가는게 길이, 곧 '요소의 개수'이다.
길이는 0과 양의 정수만 가능하며, int의 최대값 약 20억(10자리)까지 가능하다.
물론 길이가 0인 배열도 만들 수 있다.

int[] arr1 = new int[100000]; // 길이가 100000인 배열
int[] arr2 = new int[0]; // 길이가 0인 배열

배열명.length

JVM은 모든 배열의 길이를 별도 관리한다.
따라서 .length를 통해 배열의 길이를 쉽게 구할 수 있다.
단, JVM으로부터 오는 배열의 길이는 ‘상수’이다.

int[] arr1 = new int[5];
int[] arr2 = new int[5];

// arr1
for(int i=0; i<5; i++){ // arr1의 길이가 바뀌면 같이 바뀌어야 한다.
	score[i] = i * 2;
}

// arr2
for(int i=0; i<arr2.length; i++){ // arr2의 길이가 바껴도 건들지 않아도 된다.
	score[i] = i * 2;
}

for문으로 배열을 다루면, 반복횟수는 주로 ‘0≤ i 〈배열의 길이’의 범위이다.
이를 .length를 사용하면 배열의 길이가 변해도, 반복문은 건들지 않는다.
프로그램이 실행되는 동안엔 한번 선언된 배열의 길이를 변경하는 건 불가능하다.
만약 공간이 부족할 시, 길이를 늘이려면 더 큰 배열에 기존 배열의 값을 복사하는 코드를 추가해둬야 한다.

배열의 초기화

배열은 생성 시 타입의 기본값으로 자동 초기화된다. 그래서 원하는 값은 요소마다 직접 정해줘야 한다.
규칙이 있는 값이면 반복문을 사용하면 되지만, 그렇지 않다면 생성과 초기화를 동시에 할 수 있다.

int[] score = new int[]{10, 12, 18, 15, 60}; // 길이가 5인 배열

// new int[]는 생략이 가능하다.
int[] score = {10, 12, 18, 15, 60}; // new int[] 생략 가능.

// 생략은 선언과 초기화가 동시에 할 때, 가능하다.
int[] score; 
score = new int[]{10, 12, 18, 15, 60}; 
score = {10, 12, 18, 15, 60}; // 에러, new int[] 생략 불가.

// 메서드의 인자값일 때도 new int[] 생략 불가
int result = add(new int[]{1, 2, 3});
int result = add({1, 2, 3}); // 에러.

{} 안에 아무것도 넣지 않으면 길이가 0인 배열이 된다.

int[] score = new int[0];
int[] score = new int[]{};
int[] score = [];

배열의 출력

출력 역시도 간단하다. 반복문으로 인덱스마다 출력해주면 된다.
한 번에 보고 싶다면 Array.toString(배열명)메서드를 사용하자.

int[] score = {1, 2, 3, 4, 5};
System.out.println(“출력 : ” + Arrays.toString(score)); 
// 출력 : {1, 2, 3, 4, 5}

여기서 score를 그대로 출력하면, 배열이 아닌 배열의 주소가 16진수로 나온다.
물론 예외로 char배열은 그 자체가 String이기 때문에 순서대로 나온다.

char[] cArr = {‘A’, ‘B’, ‘C’};
System.out.println(cArr);
// ABC

배열의 복사

한번 생성 된 배열의 길이를 변경하는 것은 어렵다. 따라서 더 큰 배열을 만들어서 요소들을 복사해야 한다.
복사 방식은 반복문 사용, System.arraycopy() 사용. 이렇게 두가지 방식이 있다.

(1) for 반복문 사용

int[] arr1 = new int[10]; // 기존 배열
int[] arr2 = new int[arr1.length * 2]; // arr1보다 길이가 2배인 배열


// 반복문으로 옮겨담기
for(int j = 0; j<arr1.length; j++){
	arr2[j] = arr1[j]; 
}

// 참조변수의 주소를 옮기기
arr1 = arr2;

배열에 저장된 값을 옮겨 담고, 가리키는 배열의 주소를 바꿔준 것이다.
‘arr1’ 변수와 연결이 끊긴 배열은 JVM의 가비지 컬렉터가 메모리에서 자동으로 지운다.

(2) System.arraycopy()

반복문과 달리 한번에 값을 복사한다.
요소마다 하나씩 접근하는 반복문보다 효율적인데, 이는 요소의 연속적 나열을 응용해서 처리하는 방식이다.
배열의 범위를 벗어날 경우, 에러가 발생한다.

int[] arr1 = new int[10]; // 기존 배열
int[] arr2 = new int[arr1.length * 2]; // arr1보다 길이가 2배인 배열

System.arraycopy(arr1, 0, arr2, 0, arr1.length);
/* arr1의 인덱스 0포함 arr1.length개의 데이터를 
   인덱스 arr2의 인덱스 0부터 복사해서 저장해라.
*/

배열의 활용

배열을 이용해서 실습을 진행해봤다. 대략 7개가 수록되어 있지만 적당하게 간단한 것만 진행해 봤다.

(1) 최대값, 최소값

// score 안의 수는 0~1000사이의 수다.
int[] score = {100, 21, 657, 15, 132, 544, 221, 687, 54};

// 사실 인덱스 0으로 초기화 시키는게 낫다.
int max = -1; 
int min = 1001;

for(int i=0; i<score.length; i++){
	if(score[i]>max){
		max = score[i];
	}
	if(score[i]<min){
		min = score[i];
	}
}
System.out.println("최대값 :" + max); // 최대값 : 687
System.out.println("최소값 :" + min); // 최소값 : 15

배열 안의 값을 모르거나, 입력을 받아서 유동적일 때는 저렇게 최소값과 최대값을 설정하면 비교가 가능하다.

(2) 로또 번호 뽑기

int[] ball new int[45]; // 1~45를 저장할 배열

// 배열 초기화 1~45
for(int i=0; i < ball.length; i++){
	ball[i] = i+1;
}

int temp = 0; // 백업 공간
int j = 0; // 임의 인덱스 값을 저장할 변수

// 섞기
for(int i=0; i < 6; i++) {
	j = (int)(Math.random()* 45); // 인덱스는 0~44이다.
	temp = ball[i];
	ball[i] = ball[j];
	ball[j] = temp;
}

// 번호 출력
for(int i=0; i < 6; i++){
	System.out.print(ball[i] + “ ”);
}

반복횟수를 높여서 섞는 방식도 있지만, 그것 역시 특정 위치의 인덱스만 뽑는 것이다.
따라서 Math.random() 으로 인덱스 값만 뽑아서 교환한 다음 원하는 개수만 뽑아도 섞여있다.

(3) 버블 정렬

int[] numArr =  {1, 4, 2, 6, 7, 8, 12, 34};

// 총 반복(회차)
for(int i=0; i<numArr.length-1; i++){

	// 요소간 비교
	for (int j=0;j<numArr.length-1-i; j++) {
		if(numArr[j] > numArr[j+1]) { // 왼쪽의 값이 크면 서로 바꾼다.
			int tmp = numArr[j];
			numArr[j] = numArr[j+1];
			numArr[j+1] = tmp;
		}
	}
}

버블 정렬 알고리즘은 요소의 값을 크기에 따라서 정렬한다. 단, 한번에 모두 정렬되는 것이 아니다.
총 정렬해야 하는 수(반복횟수)는 ‘길이-1’로, 마지막 1개는 자동으로 정렬되기 때문이다.
안쪽 반복은 첫 인덱스(0)부터 마지막 인덱스(길이-1)까지의 요소에 접근해서 2개를 동시 비교한다.
비교 시, 왼쪽 값이 우측 값보다 크면 서로 교환한다.
결과적으로 한번 반복할 때마다 하나의 값은 정렬이 끝난다. 따라서 비교 대상도 한 회차마다 한 개씩 줄어든다. ‘길이-1 – 회차수'
요소가 비교가 길이-1인 이유는 두 값을 동시 비교하기 때문이다.

￮ 요약

배열은 같은 타입의 변수를 하나로 묶어둔 것이다.
배열을 가리키는 참조변수에는 메모리 상에 있는 변수의 주소가 저장된다.
요소는 배열을 구성하며, 각 요소에는 순서(인덱스)가 있다. 인덱스는 0부터 시작한다.
배열 생성 시 타입의 기본값으로 자동 초기화된다..
배열의 선언과 메서드 호출로 사용시에는 new를 생략할 수 없다.
char배열은 출력하면 문자열로 나온다.
동적으로 한번 생성된 배열의 길이는 바꿀 수 없다. 컬렉션을 쓰거나 아니면 더 큰 배열을 만들어서 복사해줘야 한다.
반복문만 있으면 배열로 정렬, 섞기 등 다양한 것을 할 수 있다.

2. String배열

String배열의 선언과 생성

String은 char의 배열이다. 거기에 여러 기능을 추가한게 String 클래스인데, String타입 역시 배열로 다룰 수 있다.

String[] name = new String[3];
name[0] = “kim”;
name[1] = “park”;
name[2] = “Lee”;

이렇게 되면 3개의 문자열이 저장되는 문자열 배열이 만들어진다.
배열의 배열로서, 각 요소에는 문자열의 주소가 저장된다. (객체 배열)

참조변수의 기본값은 null이므로, null로 초기화 된다.

초기화

초기화 역시, 일반 배열이랑 별반 다르지 않다.

String[] name1 = new String[]{“kim”, “park”, “Lee”};
String[] name2 = {“kim”, “park”, “Lee”}
String[] name3 = new String[3];
name3[0] = “kim”;
name3[1] = “park”;
name3[2] = “Lee”;

char배열과 String클래스

문자열은 char의 배열이다. 곧 문자의 배열이다. 하지만 이게 JAVA에서 String은 아니다.
자바의 String은 문자배열에 이를 다루는 다양한 기능을 묶어놓은 “클래스”이다.
이 둘의 차이는 char배열은 내용 수정이 가능하지만, String클래스는 변경이 불가능하다는 것이다.
즉, 배열의 요소값을 바꾸는 것과 객체에 연결된 주소를 바꾸는 건 서로 다른 문제다.

String클래스의 주요 메서드

번외. 커맨드 라인을 통해 입력받기

Scanner 클래스 안쓰고도 커맨드라인으로 값을 입력 받을 수 있다.
커맨드라인으로 입력 시, main 메서드의 인자값으로 들어간다.
공백이 있는 단어는 “” 으로 묶어준다.
입력한 문자열만큼 배열이 생성되어 다룰 수 있다.

C:\jdk1.8\work\ch5>java ArrayEx16 abc 123 "Hello world"

public static void main(String[] args){
		System.out.println("매개변수의 개수 :"+args.length);
		for(int i=0;i< args.length;i++){
			System.out.println("args[" + i + "] = \""+ args[i] + "\"");
		}
}

/* 출력
매개변수의 개수 : 3
args[0] = "abc"
args[1] "123"
args[2] = "Hello world"
*/

3. 다차원 배열

배열은 1차원뿐만 아니라, 앞선 String배열처럼 “배열의 배열” 형태로 다룰 수 있다.
이를 다차원 배열이라고 하며 이번 파트에선 “2차원 배열”을 주로 사용한 것이다.

2차원 배열의 선언과 인덱스

2차원 배열 선언

선언방법은 1차원처럼 배열표시“[]”가 하나 더 들어간다.

int[][] score; // 타입[][] 변수명
int score[][]; // 타입 변수명[][]
int[] score[]; // 타입[] 변수명[]

변수가 선언되었다면, 실제 배열생성은 다음과 같다.

int[][] score =  new int[4][3] // 4(행-세로) X 3(열-가로) 배열 생성

구조를 보면 다음과 같고, 생성과 함께 int의 기본값 0으로 초기화 된다.

2차원 배열의 인덱스

이번에는 배열의 요소에 접근 방법을 알아보자.
일단 2차워 배열 역시, 인덱스는 0~길이-1이까지의 범위이다.
따라서 앞서 생성한 score[][]으로 접근을 하면 다음과 같다.

위 사진처럼 2차원을 배열은 배열 안에 배열을 연결한 방식으로 구현이 되어져 있다.
여기서 데이터를 추출하거나, 변경하고 싶다면 해당 인덱스를 따라서 변경하면 된다.

2차원 배열의 초기화

2차원 배열도 생성과 동시에 원하는 값으로 초기화가 가능하다.

int[][] score = {
		(100, 100, 100},
		(20, 20, 20},
		(30, 30, 30),
		(40, 40, 40),
		(50, 50, 50)
	};

배열의 배열이기 때문에, score.length == 5 이다. 즉, score은 배열 1개의 주소를 갖고 있다.
그리고 해당 배열의 각 요소는 또 다른 배열의 주소이므로 ‘배열 주소의 배열’이다.
즉, score[?] 자체가 배열 하나의 참조변수라고 이해하는 것이 편하다.
따라서 score[0].length == 3이 된다.
괄호 외에도 이중 반복문으로 2차원 배열의 초기화가 가능하다.

for(int x=0; x<score.length; x++){
	for(int y=0; y<score[i].length; y++){
		score[x][y] = 0; // 모든 요소를 0으로 초기화
	}
}

향상된 for문으로 다차원 배열을 처리 시에는 값의 변경은 불가능하다. 또한 score의 각 요소는 int[] 배열의 주소를 타입으로 가지기 때문에 int타입으로 사용할 시, 에러가 일어난다.

for(int[] tmp : score){ // score의 각 요소는 int[]배열을 가리킨다.
	for(int i: tmp){ // tmp의 각 요소는 int이다.
		System.out.println(i);
	}
}

가변 배열

배열에 연결된 다른 배열들의 길이가 모두 동일할 필요가 없다. 즉, 사각형의 형태를 가진 배열이 아니어도 충분히 다룰 수 있다.
이를 가변 배열이라고 하는데, 가변 배열은 두 번째 차원의 길이를 지정하지 않으면 된다.

int[][] arr = new int[5][]; // 두 번째 차원의 길이는 지정하지 않았다.

// arr의 요소마다 길이가 다른 배열을 생성해서 연결해준다.
arr[0] = new int[4];
arr[1] = new int[1];
arr[2] = new int[3];
arr[3] = new int[2];
arr[4] = new int[3];

배열마다 길이가 다르더라도, 초기화는 {} 을 이용해서 생성과 함께 할 수 있다.

int[][] score = {
			{100, 100, 100, 100},
			{20, 20, 20},
			{40, 40},
			{50, 50, 50}
		};

￮ 요약

“배열의 배열”의 형태로 다차원 형태의 배열을 다룰 수 있다.
다차원 배열을 사용할 시, 배열의 요소는 다른 “배열의 주소”이다.
배열의 생성방법은 1차원과 다르지 않다. 그렇기 new의 생략도 마찬가지이다.
다차원 배열의 초기화 역시, {}을 이용해서 가능하다.

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들어가는 말

1. 배열

배열의 선언과 생성

배열 선언

배열의 생성

배열의 길이와 인덱스

인덱스(Index)

길이(Length)

배열명.length

배열의 초기화

배열의 출력

배열의 복사

배열의 활용

(1) 최대값, 최소값

(2) 로또 번호 뽑기

(3) 버블 정렬

2. String배열

String배열의 선언과 생성

초기화

char배열과 String클래스

String클래스의 주요 메서드

번외. 커맨드 라인을 통해 입력받기

3. 다차원 배열

2차원 배열의 선언과 인덱스

2차원 배열 선언

2차원 배열의 인덱스

2차원 배열의 초기화

가변 배열

Ch04. 조건문과 반복문

Ch06. 객체지향 프로그래밍Ⅰ

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